「鸿升游戏体验」科学家重新分析苏联探测器数据,试图解开金星的一大谜团

2020-01-10 17:11:21 来源:互联网

「鸿升游戏体验」科学家重新分析苏联探测器数据,试图解开金星的一大谜团

鸿升游戏体验,金星的大气层炙热难当,而且包含硫磺酸。这样严苛的环境使穿过金星大气层的所有人造探测器都极为短命。

不过,苏联的vega-2探测器发回了一些难以解释的数据,暗示金星的大气层很不稳定。

现在,有两位科学家认为,这种特异之处可以用金星大气层的一个古怪特征来加以解释:它是超临界流体,不同的化学物质在一定程度上分处于不同的高度。

金星大气层包含硫磺酸,表面温度高达464摄氏度(足以使铅融化),这对于一颗行星来说十分罕见。但金星的奇特之处不止于此。其大气层密度很大,且反光性很强,以至于金星表面获得的阳光比地球更少,哪怕金星离太阳更近。

金星大气层的密度惊人。在高温和高密度的双重作用下,金星大气层中的氮气和二氧化碳变成了超临界流体。在极端环境中,液相和气相之间的明确分界线消失了,导致这两种相态同时存在,既能如气体般运动,又能溶解固体,就好像它是液体一样。

由于这种相态变化,金星大气层的密度大约是液态水的6.5%。据认为,这样高的密度导致金星的自转陷入停滞,然后开始逆向旋转。现在,金星的自转方向和地球相反,而且速度非常缓慢,自转一周需要243个地球日。

因此,想要了解金星,就必须研究其大气层,而研究人员塞巴斯蒂安·勒庞诺伊斯(sebastien lebonnois)和杰拉尔德·舒伯特(gerald schubert)说,我们对金星大气层知之甚少。“科学界非常希望重返金星,探索其大气层和地表环境,”舒伯特说,“人们正在为此努力,讨论向金星发射新的探测器。作为这些研究努力的一部分,我们一直在尽可能地检查和了解金星的大气层和地表。”

这是美国宇航局水手10号探测器1974年拍摄的金星照片,显示金星被浓厚的云层包围

这种检查包括分析我们从大气层底部获取的数据,但基本上以失败告终。

美国的金星先驱者计划向金星大气层发射了四个探测器,但在距离金星地表12公里的上空,每个探测器的温度测量装置都失灵了。

苏联的几个探测器也在抵达地表前失灵。因此,我们只剩下vega-2发回的数据。vega-2有两个温度传感器,穿过大气层底部抵达金星地表时仍然能够工作。

1982年前苏联的金星13号探测器在金星着陆后发回的金星表面的彩色照片

vega-2发回的数据无疑非常奇怪。“测量数据显示,比起几千米的高处,接近地表的温度更高,”舒伯特说,“金星大气层不应该是那种状况,它是高度不稳定的。每当流体层下方有非常炙热的物质时,流体往往会翻转。”导致翻转的对流在地球上的每个地方都在发生,不管是地球大气层中的空气,还是地幔中的半融化岩石。为什么在金星上没有发生呢?

问题在于,我们不知道那种翻转是否真的没有发生,因为我们只有一个数据点。“我们只有唯一的一次探测数据,地点也是单一的,”舒伯特说。vega-2探测器可能在着陆过程中,遭遇了金星大气层中某种暂时的异常现象。

勒庞诺伊斯和舒伯特决定仔细分析测量数据。

“我们希望找出金星大气层为什么出现这种状况的原因,”舒伯特说,“你如何稳定不稳定的温度梯度?”他们想到的答案是化学结构。如果大气层底部的气体更重,就算它温度更高,也会留在底部。至少有一个测量数据显示,在金星的大气环境中,气体可能发生了分离。

超临界流体被用于各种各样的用途,包括将二氧化碳注入油井,从而把更多的原油推向地面。人们也在研究类似的碳汇方法。舒伯特说,对这个过程的一项研究分析了二氧化碳和氮气的混合体。虽然容器很小(18厘米高),但两种分子出现分层现象。上层的氮含量约为70%,下层的二氧化碳含量为90%。

舒伯特指出,这项实验不是在金星模拟环境中进行的,因为物质处于室温环境下。不过,如果金星的超临界流体大气层发生了类似的现象,那么底部可能是近乎纯粹的二氧化碳,其密度足以使那种奇特的温度梯度维持下去。

舒伯特说,想要真正知道金星的真实情况是不是这样,我们有两个选择:“要么重返金星,利用下降探测器,再次测量温度和化学成分,要么在地球上的实验室里模拟金星的环境。”前者可能耗时数年,于是舒伯特和勒庞诺伊斯利用美国宇航局(nasa)的一处设施,来模拟金星的环境。

弄清楚这个问题为什么如此重要?

舒伯特和勒庞诺伊斯在论文中写到,如果氮气被排除在最浓密的金星大气最底层之外,那么金星大气中的氮就会少得多,这会影响到我们如何了解金星的形成和演变,也会影响到我们对众多其他行星的了解,那些行星的气体同样存在于类似的极端环境中。另外,在一颗类似地球的太阳系行星上发生了如此怪异的事情,这会让人觉得非常有趣。

翻译:于波

来源:arstechnica

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